De wereld van plastics in cijfers: van de verpakkingsindustrie tot in de kledingkast

Sinds de Tweede Wereldoorlog is de commerciële industrie van plastics enorm gegroeid. In 2015 werd wereldwijd 320 miljoen ton polymeren geproduceerd, en dan is textiel nog niet eens meegeteld, schrijft Eric Beckman, hoogleraar Chemie aan de Universiteit van Pittsburg.

Tot een jaar of vijf geleden hielden de ontwerpers van polymeerproducten nauwelijks rekening met wat ermee zou gebeuren na het einde van hun levenscyclus. Dat is nu aan het veranderen, en het probleem zal nog meer aandacht vragen in de komende jaren.

De industrie van het plastic

De term ‘plastic’ is een wat misleidende manier geworden om polymeren* te beschrijven. Dat zijn lange ketens, met honderden tot duizenden schakels, meestal afkomstig van petroleum of aardgas. Die ketens hebben belangrijke fysieke eigenschappen, zoals kracht en stevigheid, die kortere moleculen gewoon niet kunnen evenaren.

‘Plastic’ is in feite een afkorting van ’thermoplastic’, een term die polymeermaterialen beschrijft die gevormd en veranderd kunnen worden door hitte.

De moderne polymerenindustrie is gestart door Wallace Carothers bij DuPont in de jaren dertig van de vorige eeuw. Zijn diepgravend werk rond polyamiden leidde tot de commercialisering van nylon, op een moment dat een tekort aan zijde in de oorlog vrouwen deed zoeken naar alternatieven voor hun panty’s.

Naarmate ook andere materialen schaarser werden tijdens de Tweede Wereldoorlog, zochten wetenschappers naar synthetische polymeren om de gaten in te vullen. Zo kwam de aanvoer van rubber in het gedrag toen Japan grote delen van Zuidoost-Azië veroverde, en werd een synthetische variant ontwikkeld.

Uiteindelijk leidde de combinatie van noodzaak, wetenschappelijke vooruitgang en toeval tot een hele waaier aan polymeren.

Doorbraken uit nieuwsgierigheid leidden tot verdere ontwikkeling van synthetische polymeren, inclusief het nu wijdverspreide polypropyleen en polyethyleen. Sommige polymeren, zoals Teflon, werden per toeval ontdekt.

Uiteindelijk leidde de combinatie van noodzaak, wetenschappelijke vooruitgang en toeval tot een hele waaier aan polymeren die we nu allemaal bestempelen als ‘plastic’. Die polymeren werden snel gecommercialiseerd, uit de wil om het gewicht van producten te verminderen en goedkope alternatieven te creëren voor natuurlijke materialen als cellulose of katoen.

Soorten plastic

De productie van synthetische polymeren is wereldwijd gedomineerd door de polyolefinen – polyethyleen en polypropyleen.

Polyethyleen bestaat in twee types: “hogedichtheidpolyetheen” en “lagedichtheidpolyetheen”.

Op moleculaire schaal lijkt hogedichtheidpolyetheen op een kam met regelmatige, korte tanden. De lagedichtheidvariant lijkt op een onregelmatige kam met tanden van verschillende lengte, vergelijkbaar met een luchtfoto van een rivierbekken. Hoewel ze beiden bestaan uit polyethyleen, maakt de verschillende vorm dat de twee materialen zich verschillend gedragen als ze in films of andere producten worden gebruikt.

Plastics hebben ook ernstige gebreken. Ze breken pijnlijk traag af, waardoor ze decennia tot eeuwen blijven overleven in het milieu.

Polyolefinen zijn om verschillende redenen dominant. Ten eerste kunnen ze gemaakt worden uit relatief goedkoop aardgas. Ten tweede zijn het de lichtste polymeren die op grote schaal gemaakt kunnen worden: hun densiteit is zo laag dat ze drijven. Ten derde weerstaan ze aan schade door water, lucht, vet en schoonmaakmiddelen. En ze laten zich makkelijk omvormen tot producten, terwijl ze goed genoeg in vorm blijven om als verpakking gebruikt te worden.

Gebreken

Maar ze hebben ook ernstige gebreken. Ze breken pijnlijk traag af, waardoor ze decennia tot eeuwen blijven overleven in het milieu. Maar intussen kunnen ze wel uiteenvallen door de werking van golven of de wind tot micropartikels, die ingeslikt kunnen worden door vissen en andere dieren. Zo kunnen ze via de voedselketen terugkomen tot bij ons, de mens.

De polyolefinen recycleren is niet zo simpel als we zouden willen: het is moeilijk om ze te verzamelen en schoon te maken. Zuurstof en hitte beschadigt de ketens tijdens de recyclage, en voedsel en andere materialen vervuilen het materiaal. De vooruitgang in de chemie heeft nieuwe soorten polyolefinen opgeleverd die sterker en duurzamer zijn, en die mixen niet altijd goed met oudere varianten. Bovendien worden de stoffen vaak gebruikt in meerlagige producten zoals verpakking. Die producten zijn bijzonder effectief, maar ze zijn onmogelijk te recycleren.

Polymeren krijgen kritiek omdat ze gemaakt worden uit steeds schaarsere fossiele brandstoffen zoals olie en gas. Maar in feite is het percentage van die materialen dat naar polymeren gaat erg laag: minder dan 5 procent van de jaarproductie. Bovendien kan ethyleen geproduceerd worden uit suikerriet, zoals in Brazilië al gebeurt.

Hoe zet m’n plastic in?

Verpakkingen maken zo’n 35 tot 45 procent uit van de totale productie van synthetische polymeren, afhankelijk van de regio, en polyolefinen vormen daarvan het grootste deel. Polyethyleentereftalaat, een polyester, is het belangrijkste materiaal voor flessen en textielvezels.

De bouwsector gebruikt zo’n 20 procent van de totale productie, onder meer door pvc-buizen en dergelijke. Die zijn licht, kunnen gelijmd worden en zijn bestand tegen gebruik van chloor in het water. Jammer genoeg zijn ze net daardoor ook erg moeilijk te recycleren, en het grootste deel belandt uiteindelijk bij het afval.

Polyurethanen, een hele familie van gerelateerde polymeren, worden volop gebruikt in schuimisolatie voor huizen en toestellen, en in coatings.

Net zoals in verpakkingen worden de synthetische vezels in textiel meestal niet gerecycleerd.

De autosector gebruikt groeiende hoeveelheden thermoplastics, vooral om gewicht te besparen en zo betere brandstofstandaarden te halen. De Europese Unie schat dat 16 procent van het gewicht van een auto bestaat uit plastic, vooral het interieur.

Wereldwijd wordt jaarlijks meer dan 70 miljoen ton thermoplastic gebruikt in textiel, voornamelijk kleding en tapijten. Meer dan 90 procent van de synthetische vezels, voornamelijk polyethyleen en tereftalaat, wordt geproduceerd in Azië. De snelle groei van die synthetische vezels in kledij komt ten koste van natuurlijke vezels zoals katoen en wol.

Net zoals in verpakkingen worden de synthetische vezels in textiel meestal niet gerecycleerd. De gemiddelde Amerikaan produceert zo meer dan 40 kilogram textielafval per jaar. Volgens milieu-organisatie Greenpeace kocht de gemiddelde consument in 2016 maar liefst 60 procent meer kledingstukken per jaar dan vijftien jaar eerder, en werden die kledingstukken ook minder lang gedragen.